導電膜、およびそれを備えたトランスデューサ、フレキシブル配線板
【課題】 伸縮可能であり、伸張時にも電気抵抗が増加しにくい導電膜を提供する。また、柔軟なトランスデューサおよびフレキシブル配線板を提供する。
【解決手段】 導電膜１００を、エラストマーと、該エラストマー中に充填されている導電材と、を有する導電層１０１と、導電層１０１を被覆するように配置されているエラストマー製の保護層１０２と、を備えて構成する。また、トランスデューサにおいて、電極および配線の少なくとも一方を、該導電膜から形成する。また、フレキシブル配線板の配線の少なくとも一部を、該導電膜から形成する。
【解決手段】 導電膜１００を、エラストマーと、該エラストマー中に充填されている導電材と、を有する導電層１０１と、導電層１０１を被覆するように配置されているエラストマー製の保護層１０２と、を備えて構成する。また、トランスデューサにおいて、電極および配線の少なくとも一方を、該導電膜から形成する。また、フレキシブル配線板の配線の少なくとも一部を、該導電膜から形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸縮可能な電極、配線等に好適な導電膜、およびそれを備えたトランスデューサ、フレキシブル配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、部材の変形や部材に作用する荷重の大きさ等を検出する手段として、導電性の樹脂やエラストマーを利用した柔軟なセンサの開発が進められている。また、誘電体エラストマー等の高分子材料を利用したアクチュエータは、柔軟性が高く、軽量で小型化し易いため、人工筋肉、医療用器具、流体制御等の様々な分野での利用が検討されている。例えば、誘電体エラストマーからなる誘電膜を、一対の電極で狭持して、アクチュエータを構成することができる（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
これらの柔軟なセンサ、アクチュエータでは、電極や配線が、エラストマー等からなる基材や誘電膜等の変形に、追従可能であることが要求される。すなわち、例えばアクチュエータでは、印加電圧の大小により誘電膜が伸縮する。このため、誘電膜の表裏に配置されている電極は、誘電膜の動きを妨げないように、誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能であることが望ましい。このような理由から、現在、電極や配線には、エラストマー等のバインダーに、導電性カーボンや金属粉末を配合した導電材料が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０７０３２７号公報
【特許文献２】特表２００３−５０６８５８号公報
【特許文献３】特開平９−２８９３６１号公報
【特許文献４】特開２００８−１２４４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導電性カーボンの比抵抗は、０．１〜１Ωｃｍ程度と比較的大きい。このため、エラストマー等のバインダーに導電性カーボンを配合した導電材料を使用すると、電極等の電気抵抗が大きくなってしまうという問題があった。電極等の電気抵抗が大きいと、内部抵抗による発熱で、素子が劣化しやすくなる。また、高周波領域におけるリアクタンス成分の発生により、アクチュエータの応答性が低下するおそれがある。また、検出信号に対して内部抵抗が高すぎると、センサの分解能が低下するおそれがある。
【０００６】
この点、銀等の金属粉末の比抵抗は、０．００１Ωｃｍ以下と小さい。しかし、一般に、金属粉末は、導電性カーボンと比較して粒子径が大きい。また、凝集しにくいため、導通経路が形成されにくい。したがって、所望の導電性を得るためには、バインダーに金属粉末を高充填する必要がある。バインダーに金属粉末を高充填した導電材料は、弾性率が高く柔軟性に乏しい。このため、例えば、アクチュエータの電極に使用した場合には、誘電膜の伸縮に追従できず、誘電膜の動きを阻害しやすい。また、柔軟なセンサ、アクチュエータ等の電極や配線には、伸縮可能であることに加えて、伸張された際に、電気抵抗の変化が小さいことも求められる。しかし、バインダーに金属粉末を高充填した導電材料によると、伸張が大きい場合に、バインダーと金属粉末との界面に応力が集中し、クラックが発生してしまう。これにより、電極等の電気抵抗が著しく増加する。また、一旦クラックが発生すると、その周辺にさらに応力が集中しやすくなる。よって、伸張により電極等が破断するおそれがある。なお、バインダーと金属粉末との界面における応力集中を低減させる方法としては、金属粉末に表面処理を施して、バインダーとの密着性を向上させる方法が考えられる。しかし、表面処理により金属粉末同士の接触抵抗が大きくなり、結果として、電気抵抗の増加を招く。
【０００７】
一方、各種の配線板では、配線を保護膜で被覆することにより、マイグレーションを抑制して、隣り合う配線間の絶縁性を確保している。例えば、上記特許文献３によると、配線をカーボンで被覆している。また、上記特許文献４によると、配線を熱硬化性樹脂ペーストで被覆している。しかし、カーボンおよび熱硬化性樹脂のいずれの保護膜も、硬くて柔軟性に乏しい。したがって、伸縮可能な電極、配線には不適である。例えば、アクチュエータの電極を、熱硬化性樹脂製の保護膜で被覆した場合には、電極が誘電膜の伸縮に追従できず、誘電膜の動きを阻害するおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、伸縮可能であり、伸張時にも電気抵抗が増加しにくい導電膜を提供することを課題とする。また、そのような導電膜を用いることにより、柔軟なトランスデューサおよびフレキシブル配線板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記課題を解決するため、本発明の導電膜は、エラストマーと、該エラストマー中に充填されている導電材と、を有する導電層と、該導電層を被覆するように配置されているエラストマー製の保護層と、を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の導電膜を構成する導電層および保護層は、いずれもエラストマーを母材とする。したがって、本発明の導電膜は、柔軟であり、伸縮可能である。よって、基材や誘電膜等の変形に対する追従性に優れる。また、保護層は、導電層を被覆するように配置されている。保護層は導電層を保護し、補強する役割を果たす。すなわち、本発明の導電膜を伸張した場合、生じる応力は、保護層と導電層とに分散される。このため、導電層単独のものと比較して、伸張時におけるエラストマーと導電材との界面への応力集中を、低減させることができる。これにより、導電層の表面におけるクラックの発生が抑制される。したがって、本発明の導電膜は、伸張されても、電気抵抗が増加しにくい。また、破断するおそれも少ない。
【００１１】
（２）また、本発明のトランスデューサは、上記本発明の導電膜を、電極および配線の少なくとも一方として備えていることを特徴とする。
【００１２】
トランスデューサは、ある種類のエネルギーを他の種類のエネルギーに変換する装置である。トランスデューサには、例えば、電気エネルギーと機械エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ等が含まれる。本発明のトランスデューサによると、電極および配線の少なくとも一方（以下、適宜「電極等」と称す）が、上記本発明の導電膜からなる。よって、電極や配線が形成されている部材が変形した場合でも、電極等が変形に追従して伸縮する。このため、トランスデューサの動きが、電極等により妨げられにくい。また、伸張しても電極等の電気抵抗は増加しにくい。したがって、応答性が良好である。さらに、伸縮を繰り返した場合でも、電極等が破断するおそれは少ない。加えて、内部抵抗による発熱も少ないため、電極等は劣化しにくい。よって、本発明のトランスデューサは耐久性に優れる。
【００１３】
（３）また、本発明のフレキシブル配線板は、配線の少なくとも一部は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の導電膜からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明のフレキシブル配線板によると、基材の変形に追従して配線が伸縮する。配線が伸張しても、導電性の低下は少なく、伸縮を繰り返した場合でも、内部抵抗による発熱が少ない。よって、本発明のフレキシブル配線板は耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の導電膜の一例の断面模式図である。
【図２】本発明の導電膜の他の一例の断面模式図である。
【図３】本発明のトランスデューサの一実施形態である静電容量型センサの上面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本発明のトランスデューサの一実施形態であるアクチュエータの断面模式図であって、（ａ）はオフ状態、（ｂ）はオン状態を各々示す。
【図６】本発明のトランスデューサの一実施形態である発電トランスデューサの断面模式図であって、（ａ）は伸張時、（ｂ）は収縮時を各々示す。
【図７】本発明の一実施形態であるフレキシブル配線板の上面透過図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の導電膜、およびそれを備えたトランスデューサ、フレキシブル配線板の実施形態について順に説明する。
【００１７】
＜導電膜＞
本発明の導電膜は、導電層と保護層とを備えてなる。導電層は、エラストマーと、該エラストマー中に充填されている導電材と、を有する。本明細書において、「エラストマー」は、ゴムおよび熱可塑性エラストマーを含む。エラストマーの種類は、特に限定されるものではないが、常温下で柔軟であるという観点から、例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が−２０℃以下のものが好適である。このようなエラストマーとして、例えば、アクリルゴム、ウレタンゴム、ヒドリンゴム等が挙げられる。例えば、アクリルゴムとしては、炭素数４以上のアルキル基を有するアクリル酸エステルモノマー単位を５０ｍｏｌ％以上含むものが望ましい。アルキル基が大きい（炭素数が多い）と、結晶性が低下するため、アクリルゴムの弾性率がより低くなる。
【００１８】
また、エラストマーは、可塑剤、加工助剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、軟化剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。例えば、可塑剤を添加すると、エラストマーの加工性が向上すると共に、柔軟性をより向上させることができる。可塑剤としては、公知のフタル酸ジエステル等の有機酸誘導体、リン酸トリクレジル等のリン酸誘導体、アジピン酸ジエステル、塩素化パラフィン、ポリエーテルエステル等を使用すればよい。
【００１９】
導電材は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素材料や、銀、金、銅、ニッケル等の金属材料から適宜選択すればよい。例えば、比抵抗の小さい銀、金、銅から選ばれる一種以上の金属粉末を採用するとよい。また、銀粉末およびカーボンブラックを混合して使用してもよい。カーボンブラックは、エラストマーとの密着性が高い。また、凝集しやすいため、導通経路が形成されやすい。よって、銀粉末にカーボンブラックを混合すると、伸張時に銀粉末が離間した場合にも、カーボンブラックが銀粉末間の隙間に入り込み、導通経路が確保されやすい。よって、伸張時における電気抵抗の増加を抑制することができる。この場合、電気抵抗を小さくするという観点から、銀粉末の充填量を、導電材の全体を１００体積％とした場合の３０体積％以上とすることが望ましい。
【００２０】
導電材の充填量は、所望の導電性が得られるように決定すればよい。例えば、エラストマーの１００質量部に対して３００質量部以上１５００質量部以下とすることが望ましい。４００質量部以上１０００質量部以下とするとより好適である。
【００２１】
保護層は、エラストマー製であり、導電層を被覆するように配置されている。保護層は、導電層の表面の全部を被覆していてもよいが、例えば、導電層の一面のみ被覆している態様等、導電層の表面の一部を被覆していてもよい。
【００２２】
保護層を構成するエラストマーの種類は、特に限定されるものではない。上記導電層を構成するエラストマーと同じであっても、異なっていてもよい。例えば、柔軟なエラストマーとして、ポリウレタン、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリエーテルエステルから選ばれる一種以上が好適である。また、上記同様、エラストマーは、可塑剤、加工助剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、軟化剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。
【００２３】
また、エラストマーにカーボンブラックを配合して、保護層に所定の導電性を付与すると、マイグレーションの抑制に効果的である。例えば、隣接する配線間には、電位差が生じやすい。そこに、水分が介在すると、高電位側の配線（アノード）から金属成分が溶出して金属イオンを生成する。生成した金属イオンは、低電位側の配線（カソード）に向かって移動する。このような金属イオンの移動（マイグレーション）が発生すると、カソード側の配線に金属が析出して、配線間の絶縁性を維持することが難しくなる。本発明の導電膜を配線とした使用した場合、保護層にカーボンブラックを含有させて導電性を付与すると、導電層と保護層との間の電圧勾配がゆるやかになる。よって、金属イオンの移動を抑制することができる。
【００２４】
伸張による導電層の応力を緩和するため、保護層は、導電層よりも硬く、伸張されにくいことが望ましい。導電層、保護層の硬さは、各々の層を構成する材料の弾性率や、層の厚さに依存する。したがって、例えば、導電層の弾性率をＥｅ、断面積をＳｅとし、保護層の弾性率をＥｃ、断面積をＳｃとした場合に、次式（Ｉ）を満たすことが望ましい。
ＥｅＳｅ／ＥｃＳｃ＜１ ・・・（Ｉ）
ここで、導電層、保護層の「断面積」とは、各層を伸縮方向に対して垂直に切断した時の断面の面積を意味する。以下、各層の「断面積」について、本発明の導電膜の断面模式図を用いて、具体的に説明する。
【００２５】
図１に、本発明の導電膜の一例の断面模式図を示す。なお、図１は、導電層、保護層の断面積を説明するための模式図であり、導電層に対する保護層の配置や、各々の層の厚さ等について、本発明の導電膜を何ら限定するものではない。
【００２６】
図１に示すように、導電膜１００は、導電層１０１と保護層１０２とを備えている。導電膜１００は、紙面手前−奥側方向に延びる帯状を呈している。導電層１０１の上面、下面、左右側面は、全て保護層１０２により被覆されている。導電膜１００は、紙面手前−奥側方向に伸縮する。よって、導電層１０１の断面積は、導電膜１００の伸縮方向に対して垂直方向の断面積Ｓｅで示される。また、保護層１０２の断面積は、導電膜１００の伸縮方向に対して垂直方向の断面積Ｓｃで示される。
【００２７】
本発明の導電膜は、用途に応じて、基材や誘電膜等の表面に形成することができる。基材としては、例えばポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等からなる屈曲性を有する樹脂フィルムや、エラストマーシート等が挙げられる。本発明の導電膜を、引張り、曲げ等の弾性変形可能な弾性部材の表面に形成した場合には、柔軟性が高く、伸張時にも電気抵抗が増加しにくいという効果を、より発揮させることができる。ここで、弾性部材には、アクチュエータ等における誘電膜が含まれる。薄膜状の弾性部材は、例えば、弾性部材を形成するための塗料を、離型性を有する基材上に塗工した後、所望の形状に切り取って剥離することにより、製造することができる。
【００２８】
本発明の導電膜を弾性部材の表面に形成した場合、導電層の一面は弾性部材と接触し、導電層の他面は保護層により被覆されている態様が望ましい。本態様によると、導電層の一面と接触している弾性部材が、保護層と同じような役割を果たす。この場合、導電層の弾性率をＥｅ、断面積をＳｅ、保護層の弾性率をＥｃ、断面積をＳｃ、弾性部材の弾性率をＥｓ、導電膜の形成部分における弾性部材の断面積をＳｓとした場合に、次式（ＩＩ）を満たすことが望ましい。さらには、次式（ＩＩＩ）を満たすことが望ましい。
ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）＜１．２ ・・・（ＩＩ）
ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）＜１ ・・・（ＩＩＩ）
ここで、導電層、保護層、弾性部材の「断面積」とは、上記同様、各々を伸縮方向に対して垂直に切断した時の断面の面積を意味する。以下、各々の「断面積」について、本態様の導電膜の断面模式図を用いて、具体的に説明する。
【００２９】
図２に、本態様の導電膜の一例の断面模式図を示す。なお、図２は、導電層、保護層、弾性部材の断面積を説明するための模式図であり、導電層に対する保護層の配置や、導電層、保護層、弾性部材の厚さ等について、本発明の導電膜を何ら限定するものではない。
【００３０】
図２に示すように、導電膜１００は、弾性部材１０３の上面に形成されている。導電膜１００は、紙面手前−奥側方向に延びる帯状を呈している。導電膜１００は、導電層１０１と保護層１０２とを備えている。導電層１０１の上面、左右側面は、保護層１０２により被覆されている。導電層１０１の下面および保護層１０２の下面は、弾性部材１０３と接触している。導電膜１００は、紙面手前−奥側方向に伸縮する。よって、導電層１０１の断面積は、導電膜１００の伸縮方向に対して垂直方向の断面積Ｓｅで示される。また、保護層１０２の断面積は、導電膜１００の伸縮方向に対して垂直方向の断面積Ｓｃ（下方に開口したＣ字状）で示される。また、弾性部材１０３の断面積は、導電膜１００の伸縮方向に対して垂直方向の断面積のうち、導電膜１００の形成部分に対応する部分Ｓｓで示される（図２中、一点鎖線のハッチングで示す）。すなわち、弾性部材１０３の断面積Ｓｓは、弾性部材１０３における導電膜１００との接触界面と、厚さ（導電膜１００および弾性部材１０３の積層方向長さ）と、で囲まれた領域となる。
【００３１】
本発明の導電膜は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、導電層、保護層を各々形成するための塗料を調製する。例えば、導電層用塗料は、エラストマー分のポリマーを、所定の添加剤と共に溶剤に溶解した溶液に、導電材を添加して、攪拌、混合すればよい。次に、調製した導電層用塗料を基材等に塗布し、加熱により乾燥させる。次に、形成された導電層の表面を被覆するように、保護層用塗料を塗布し、加熱により乾燥させる。この場合、塗料の加熱乾燥時に、エラストマー分の架橋反応を進行させてもよい。
【００３２】
ここで、塗料の塗布方法は、既に公知の種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等の印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。印刷法の中でも、高粘度の導電塗料が使用でき、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。
【００３３】
また、エラストマー分のポリマー（適宜添加剤を含む）と導電材とを、ニーダー、バンバリーミキサー等の加圧式混練機、二本ロール等により混練してなるエラストマー組成物を、金型成形や押出成形することにより、導電層を製造してもよい。この場合、製造した導電層の表面を、保護層により適宜被覆して、導電膜とすればよい。
【００３４】
本発明の導電膜は、トランスデューサの電極や配線、フレキシブル配線板の配線等に好適である。以下、まず、本発明の導電膜を備えたトランスデューサの例として、エラストマーセンサ、アクチュエータ、および発電トランスデューサの実施形態を説明し、次に、フレキシブル配線板の実施形態を説明する。なお、本発明のトランスデューサおよびフレキシブル配線板においても、上述した本発明の導電膜の好適な態様を採用することが望ましい。
【００３５】
＜エラストマーセンサ＞
本発明の導電膜を電極および配線に使用したエラストマーセンサの一例として、静電容量型センサの実施形態を説明する。まず、本実施形態の静電容量型センサの構成について説明する。図３に、静電容量型センサの上面図を示す。図４に、図３のＩＶ−ＩＶ断面図を示す。図３、図４に示すように、静電容量型センサ１は、誘電膜１０と一対の電極１１ａ、１１ｂと配線１２ａ、１２ｂとを備えている。
【００３６】
誘電膜１０は、ウレタンゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。誘電膜１０の厚さは、約３００μｍである。
【００３７】
電極１１ａは、長方形状を呈している。電極１１ａは、誘電膜１０の上面に三つ形成されている。同様に、電極１１ｂは、長方形状を呈している。電極１１ｂは、誘電膜１０を挟んで電極１１ａと対向するように、誘電膜１０の下面に三つ形成されている。このように、誘電膜１０を挟んで、電極１１ａ、１１ｂが三対配置されている。電極１１ａ、１１ｂは、本発明の導電膜からなる。
【００３８】
すなわち、電極１１ａは、導電層１１０ａと保護層１１１ａとからなる。導電層１１０ａの上面および左右側面は、保護層１１１ａにより被覆されている。導電層１１０ａの下面および保護層１１１ａの下面は、誘電膜１０と接触している。同様に、電極１１ｂは、導電層１１０ｂと保護層１１１ｂとからなる。導電層１１０ｂの下面および左右側面は、保護層１１１ｂより被覆されている。導電層１１０ｂの上面および保護層１１１ｂの上面は、誘電膜１０と接触している。
【００３９】
配線１２ａは、誘電膜１０の上面に形成された電極１１ａの一つ一つに、それぞれ接続されている。配線１２ａにより、電極１１ａとコネクタ１４とが結線されている。配線１２ａは、誘電膜１０の上面に形成されている。同様に、配線１２ｂは、誘電膜１０の下面に形成された電極１１ｂの一つ一つに、それぞれ接続されている（図３中、点線で示す）。配線１２ｂにより、電極１１ｂとコネクタ（図略）とが結線されている。配線１２ｂは、誘電膜１０の下面に形成されている。配線１２ａ、１２ｂは、本発明の導電膜からなる。
【００４０】
すなわち、配線１２ａは、導電層１２０ａと保護層１２１ａとからなる。導電層１２０ａの上面および左右側面は、保護層１２１ａにより被覆されている。導電層１２０ａの下面および保護層１２１ａの下面は、誘電膜１０と接触している。なお、図示しないが、配線１２ｂも、配線１２ａと同様の構成を有する。
【００４１】
次に、静電容量型センサ１の動きについて説明する。例えば、静電容量型センサ１が上方から押圧されると、誘電膜１０および電極１１ａは一体となって、下方に湾曲する。圧縮により、誘電膜１０の厚さは小さくなる。その結果、電極１１ａ、１１ｂ間のキャパシタンスは大きくなる。このキャパシタンス変化により、圧縮による変形が検出される。
【００４２】
次に、本実施形態の静電容量型センサ１の作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型センサ１によると、誘電膜１０、電極１１ａ、１１ｂ、配線１２ａ、１２ｂは、いずれもエラストマー材料からなる。このため、静電容量型センサ１の全体が柔軟であり、伸縮可能である。また、電極１１ａ、１１ｂは伸縮可能であるため、誘電膜１０の変形に追従して変形することができる。さらに、電極１１ａ、１１ｂおよび配線１２ａ、１２ｂは、伸張されても電気抵抗の増加が小さい。このため、静電容量型センサ１の応答性は良好である。なお、本実施形態の静電容量型センサ１には、誘電膜１０を狭んで対向する電極１１ａ、１１ｂが、三対形成されている。しかし、電極の数、大きさ、配置等は、用途に応じて、適宜決定すればよい。
【００４３】
＜アクチュエータ＞
本発明の導電膜を電極に使用したアクチュエータの実施形態を説明する。図５に、本実施形態のアクチュエータの断面模式図を示す。（ａ）はオフ状態、（ｂ）はオン状態を各々示す。図５に示すように、アクチュエータ２は、誘電膜２０と電極２１ａ、２１ｂとを備えている。誘電膜２０は、ウレタンゴム製である。電極２１ａ、２１ｂは、誘電膜２０の表裏に、それぞれ配置されている。電極２１ａ、２１ｂは、配線を介して電源２２に接続されている。オフ状態からオン状態に切り替える際は、一対の電極２１ａ、２１ｂ間に電圧を印加する。電圧の印加により、誘電膜２０の膜厚は薄くなる。その分だけ、誘電膜２０は、図５（ｂ）中白抜き矢印で示すように、電極２１ａ、２１ｂ面に対して平行方向に伸張する。これにより、アクチュエータ２は、図５中横および上下方向の駆動力を出力する。
【００４４】
ここで、電極２１ａ、２１ｂは、本発明の導電膜からなる。電極２１ａ、２１ｂは伸縮可能であるため、誘電膜２０の変形に追従して変形することができる。すなわち、誘電膜２０の動きが電極２１ａ、２１ｂにより妨げられにくいため、より大きな変位量を得ることができる。さらに、電極２１ａ、２１ｂは、伸張されても電気抵抗の増加が小さい。また、内部抵抗による発熱が少ないため、電極２１ａ、２１ｂは、劣化しにくい。すなわち、アクチュエータ２は耐久性に優れる。なお、複数の誘電膜と電極とを交互に積層させた積層構造とすると、より大きな力を発生させることができる。これにより、アクチュエータの出力が大きくなり、駆動対象部材をより大きな力で駆動させることができる。
【００４５】
＜発電トランスデューサ＞
本発明の導電膜を電極に使用した発電トランスデューサの実施形態を説明する。図６に、本実施形態における発電トランスデューサの断面模式図を示す。（ａ）は伸張時、（ｂ）は収縮時を各々示す。図６に示すように、発電トランスデューサ３は、誘電膜３０と電極３１ａ、３１ｂとを備えている。誘電膜３０は、ウレタンゴム製である。電極３１ａ、３１ｂは、誘電膜３０の表裏に、それぞれ固定されている。電極３１ａ、３１ｂには、導線が接続されており、電極３１ｂは、接地されている。
【００４６】
図６（ａ）に示すように、発電トランスデューサ３を圧縮し、誘電膜３０を電極３１ａ、３１ｂ面に対して平行方向に伸張すると、誘電膜３０の膜厚は薄くなり、電極３１ａ、３１ｂ間に電荷が蓄えられる。その後、圧縮力を除去すると、図６（ｂ）に示すように、誘電膜３０の弾性復元力により誘電膜３０は収縮し、膜厚が厚くなる。その際、電荷が放出され発電される。
【００４７】
ここで、電極３１ａ、３１ｂは、本発明の導電膜からなる。すなわち、電極３１ａ、３１ｂは伸縮可能である。このため、誘電膜３０の動きが、電極３１ａ、３１ｂにより妨げられにくい。また、電極３１ａ、３１ｂにおいて、伸張時の導電性の低下は少なく、繰り返し変形した場合でも、内部抵抗による発熱が少ない。よって、トランスデューサ３は耐久性に優れる。
【００４８】
＜フレキシブル配線板＞
本発明の導電膜を配線に使用したフレキシブル配線板の実施形態を説明する。図７に、本実施形態のフレキシブル配線板の上面透過図を示す。なお、図７中、裏側の配線については細線で示す。図７に示すように、フレキシブル配線板４は、基材４０と、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと、表側配線０１ｘ〜１６ｘと、裏側配線０１ｙ〜１６ｙと、表側配線用コネクタ４１と、裏側配線用コネクタ４２と、を備えている。
【００４９】
基材４０は、ウレタンゴム製であって、シート状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、基材４０の上面に、合計１６本配置されている。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、帯状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、Ｘ方向（左右方向）に延在している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、Ｙ方向（前後方向）に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘの左端には、各々、表側接続部０１Ｘ１〜１６Ｘ１が配置されている。同様に、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、基材４０の下面に、合計１６本配置されている。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、帯状を呈している。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、Ｙ方向に延在している。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、Ｘ方向に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの前端には、各々、裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１が配置されている。図７にハッチングで示すように、基材４０を挟んで、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１とが交差する部分（重複する部分）により、荷重等を検出する検出部が形成されている。
【００５０】
表側配線０１ｘ〜１６ｘは、基材４０の上面に、合計１６本配置されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、線状を呈している。表側配線用コネクタ４１は、基材４０の左後隅に配置されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、表側接続部０１Ｘ１〜１６Ｘ１と、表側配線用コネクタ４１と、を接続している。また、基材４０の上面、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、表側配線０１ｘ〜１６ｘは、上方から、表側カバーフィルム（図略）により覆われている。
【００５１】
裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、基材４０の下面に、合計１６本配置されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、線状を呈している。裏側配線用コネクタ４２は、基材４０の左前隅に配置されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１と、裏側配線用コネクタ４２と、を接続している。また、基材４０の下面、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、下方から、裏側カバーフィルム（図略）により覆われている。
【００５２】
表側配線用コネクタ４１、裏側配線用コネクタ４２には、各々、演算部（図略）が電気的に接続されている。演算部には、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙから、検出部におけるインピーダンスが入力される。これに基づいて、面圧分布が測定される。
【００５３】
ここで、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、本発明の導電膜からなる。すなわち、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、伸縮可能である。このため、基材４０の変形に追従して変形することができる。また、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙにおいて、伸張時の導電性の低下は少なく、繰り返し変形した場合でも、内部抵抗による発熱が少ない。よって、フレキシブル配線板４は耐久性に優れる。
【実施例】
【００５４】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５５】
＜導電膜の製造＞
［実施例１］
まず、基材の表面に導電層を形成した。基材には、厚さ０．１ｍｍのウレタンゴムシート（弾性部材）を使用した。アクリルゴムポリマー（日本ゼオン（株）製「ニポール（登録商標）ＡＲ４２Ｗ」）１００質量部と、加工助剤のステアリン酸（花王社製「ルナック（登録商標）Ｓ３０」）１質量部と、加硫促進剤のジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（大内新興化学社製「ノクセラー（登録商標）ＰＺ」）２．５質量部、およびジメチルジチオカルバミン酸第二鉄（大内新興化学社製「ノクセラーＴＴＦＥ」）０．５質量部と、をロール練り機にて混合し、エラストマー組成物を調製した。続いて、調製したエラストマー組成物を、溶剤のエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート３１２質量部に溶解させ、エラストマー溶液を調製した。このエラストマー溶液に、導電材の銀粉末Ａ（銀被覆ガラスビーズ、ポッターズ・バロティーニ（株）製「ＥＳ６０００−Ｓ７」）を７２０質量部添加し、三本ロールにて混練りして導電層用塗料を得た。この導電層用塗料を、基材の表面にバーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、導電層を形成した。導電層は、幅１０ｍｍ、長さ２５ｍｍ、厚さ３０〜５０μｍとなるよう形成した（以下の実施例、比較例についても同じ）。
【００５６】
次に、導電層の上面および左右側面を被覆するように、保護層を形成した。導電層を形成したのと同じエラストマー溶液を、保護層用塗料とした。この保護層用塗料を、導電層を覆うようにバーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、保護層を形成した。このようにして得られた導電膜を、実施例１とした。
【００５７】
後出の表１に、導電層、保護層、および基材の弾性率、断面積を示す。また、上記式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の左辺［ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）］の値も併せて示す。各々の弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７１２７（１９９９）に準じた引張試験により算出した。試験片の形状は、試験片タイプ２とした（以下の実施例、比較例についても同じ）。
【００５８】
［実施例２］
導電層における導電材の種類と、保護層のエラストマーの種類以外は、上記実施例１と同様にして、導電膜を製造した。すなわち、導電材として、銀粉末Ｂ（ＤＯＷＡエレクトロニクス（株）製、商品「ＦＡ−Ｄ−４」）、および銀粉末Ｃ（同社製、商品「ＡＧ２−１Ｃ」）を使用した。また、保護層には、ウレタンゴムを使用した。すなわち、ウレタンゴムポリマー（日本ポリウレタン工業（株）製「ニッポラン（登録商標）５２３０」）１００質量部を、溶剤のブチルカルビトール１５０質量部に溶解させて、保護層用塗料を調製した。この保護層用塗料を、導電層を覆うようにバーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、保護層を形成した。得られた導電膜を、実施例２とした。
【００５９】
［実施例３］
導電層および保護層のエラストマーの種類以外は、上記実施例１と同様にして、導電膜を製造した。すなわち、導電層および保護層に、ウレタンゴムを使用した。まず、実施例２の保護層に使用したのと同じウレタンゴムポリマー１００質量部に、銀粉末Ａ７２０質量部を添加した。続いて、溶剤のブチルカルビトール１５０質量部を添加、攪拌して導電層用塗料を得た。この導電層用塗料を、基材の表面にバーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、導電層を形成した。次に、導電層と同じウレタンゴムポリマーを使用して、実施例２と同様にして保護層を形成した。得られた導電膜を、実施例３とした。
【００６０】
［実施例４］
基材（弾性部材）を有しない点と、導電層における導電材の種類以外は、上記実施例２と同様にして、導電膜を製造した。まず、実施例１、２の導電層に使用したエラストマー溶液に、導電材のカーボンブラック（ライオン（株）製「ケッチェンブラック（登録商標）ＥＣ−６００ＪＤ」）を２０質量部添加し、三本ロールにて混練りして導電層用塗料を得た。この導電層用塗料を、離型処理を施したＰＥＴ製の基材の表面に、バーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、導電層を形成した。次に、実施例２の保護層に使用した保護層用塗料を使用して、実施例２と同様に、保護層を形成した。このようにして得られた導電膜を、基材から剥離して、実施例４とした。
【００６１】
［比較例１］
保護層を形成しない点以外は、上記実施例１と同様にして、導電膜を製造した。つまり、形成された導電膜は、導電層のみからなる。得られた導電膜を、比較例１とした。
【００６２】
［比較例２］
保護層のエラストマーの種類以外は、上記実施例２と同様にして、導電膜を製造した。すなわち、保護層には、実施例１の保護層と同じアクリルゴムを使用した。得られた導電膜を、比較例２とした。
【００６３】
［比較例３］
保護層を形成しない点以外は、上記実施例２と同様にして、導電膜を製造した。つまり、形成された導電膜は、導電層のみからなる。得られた導電膜を、比較例３とした。
【００６４】
［比較例４］
保護層を形成しない点以外は、上記実施例４と同様にして、導電膜を製造した。つまり、形成された導電膜は、導電層のみからなり、基材（弾性部材）を有しない。得られた導電膜を、比較例４とした。
【００６５】
＜評価方法＞
製造した導電膜について、伸張率を変化させた際の体積抵抗率、耐久性、およびマイグレーションを評価した。以下、各々の評価方法について説明する。
【００６６】
［体積抵抗率］
導電膜の体積抵抗率を、ＪＩＳ Ｋ６２７１（２００８）に準じて測定した。初期（伸張前）の電極間距離は、１０ｍｍとした。体積抵抗率の測定は、伸張率を０％（伸張なし）〜５００％まで変化させて行った。ここで、伸張率は、次式（ＩＶ）により算出した値である（以下の伸張率についても同様）。
伸張率（％）＝（ΔＬ０／Ｌ０）×１００・・・（ＩＶ）
［Ｌ０：試験片の標線間距離、ΔＬ０：試験片の標線間距離の伸張による増加分］
［耐久性］
製造した導電膜を、基材と共に試験片として耐久試験を行った。まず、試験片の両端を、一対のジグで挟持した。次に、ジグの一方を固定し、他方を５０ｍｍ／分の速度で往復動させることにより、試験片を伸縮させた。試験片の最大伸張率を５０％とし、ジグを１００回往復させた。耐久試験の後、導電膜の体積抵抗率を上記同様にして測定した。そして、体積抵抗率が０．０１Ωｃｍ以下の場合を良（後出の表１中○印）、０．０１Ωｃｍを超え１０Ωｃｍ以下の場合をやや不良（同表１中△印）、１０Ωｃｍを超えた場合を不良（同表１中×印）とした。
【００６７】
［マイグレーション］
上記実施例および比較例の導電膜と同じ組成の導電膜について、マイグレーション試験を行った。まず、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の基材の表面に、幅約１ｍｍ、長さ約１５ｍｍの一対の導電膜を、間隔約０．５ｍｍで隣接するよう形成した。次に、導電膜間に、イオン交換水３０μｌを滴下して、互いの導電膜に水滴が接触するようにした。このような状態で、導電膜間に、直流１０Ｖの電圧を３００秒間印加した。その後、両導電膜を顕微鏡で観察し、導電膜に銀の析出が認められなかった場合を良（後出の表１中○印）、銀の析出が認められた場合を不良（同表１中×印）とした。
【００６８】
＜評価結果＞
実施例および比較例の導電膜の評価結果を、各層の組成、弾性率、断面積等と共に、表１に示す。
【表１】
【００６９】
表１に示すように、実施例１〜４の導電膜については、伸張率が増加しても、つまり、大きく伸張させても、体積抵抗率の増加が小さかった。これに対して、保護層のない比較例１、３、４の導電膜については、伸張率の増加と共に、体積抵抗率が大きくなった。つまり、伸張により、導電性が低下した。また、比較例２の導電膜は、保護層を備えているが、上記式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の左辺［ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）］の値が１．２６と大きい。このため、伸張率が２００％以上になると、体積抵抗率が大きくなった。
【００７０】
また、実施例１〜４の導電膜は、耐久性に優れていた。すなわち、伸縮を繰り返しても、電気抵抗の増加が小さかった。さらに、マイグレーションも抑制されることが確認された。これに対して、保護層のない比較例１、３、４の導電膜の耐久性は低かった。また、比較例１、３の導電膜については、マイグレーションにより、銀の析出が認められた。
【００７１】
以上より、本発明の導電膜は、柔軟で導電性が高く、伸張時にも電気抵抗が増加しにくいことが確認された。また、伸縮を繰り返しても電気抵抗の変化が小さく、耐久性に優れることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
柔軟なアクチュエータは、例えば、産業、医療、福祉ロボット用の人工筋肉、電子部品冷却用や医療用等の小型ポンプ、医療用器具等に用いられる。本発明の導電膜は、このような柔軟なアクチュエータの電極、配線等に好適である。また、静電容量型センサ等のエラストマーセンサの電極、配線等にも好適である。さらには、発電トランスデューサの他、発光、発熱、発色等を行う柔軟なトランスデューサの電極、配線等にも好適である。また、本発明の導電膜は、ウェアラブルデバイス等に使用されるフレキシブル配線板等にも有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１：静電容量型センサ（エラストマーセンサ） １０：誘電膜 １１ａ、１１ｂ：電極
１２ａ、１２ｂ：配線 １４：コネクタ
１１０ａ、１１０ｂ：導電層 １１１ａ、１１１ｂ：保護層
１２０ａ：導電層 １２１ａ：保護層
２：アクチュエータ ２０：誘電膜 ２１ａ、２１ｂ：電極 ２２：電源
３：発電トランスデューサ ３０：誘電膜 ３１ａ、３１ｂ：電極
４：フレキシブル配線板
４０：基材 ４１：表側配線用コネクタ ４２：裏側配線用コネクタ
０１Ｘ〜１６Ｘ：表側電極 ０１Ｘ１〜１６Ｘ１：表側接続部
０１Ｙ〜１６Ｙ：裏側電極 ０１Ｙ１〜１６Ｙ１：裏側接続部
０１ｘ〜１６ｘ：表側配線 ０１ｙ〜１６ｙ：裏側配線
１００：導電膜 １０１：導電層 １０２：保護層 １０３：弾性部材
Ｓｅ：導電層の断面積 Ｓｃ：保護層の断面積
Ｓｓ：導電膜の形成部分における弾性部材の断面積
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸縮可能な電極、配線等に好適な導電膜、およびそれを備えたトランスデューサ、フレキシブル配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、部材の変形や部材に作用する荷重の大きさ等を検出する手段として、導電性の樹脂やエラストマーを利用した柔軟なセンサの開発が進められている。また、誘電体エラストマー等の高分子材料を利用したアクチュエータは、柔軟性が高く、軽量で小型化し易いため、人工筋肉、医療用器具、流体制御等の様々な分野での利用が検討されている。例えば、誘電体エラストマーからなる誘電膜を、一対の電極で狭持して、アクチュエータを構成することができる（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
これらの柔軟なセンサ、アクチュエータでは、電極や配線が、エラストマー等からなる基材や誘電膜等の変形に、追従可能であることが要求される。すなわち、例えばアクチュエータでは、印加電圧の大小により誘電膜が伸縮する。このため、誘電膜の表裏に配置されている電極は、誘電膜の動きを妨げないように、誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能であることが望ましい。このような理由から、現在、電極や配線には、エラストマー等のバインダーに、導電性カーボンや金属粉末を配合した導電材料が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０７０３２７号公報
【特許文献２】特表２００３−５０６８５８号公報
【特許文献３】特開平９−２８９３６１号公報
【特許文献４】特開２００８−１２４４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導電性カーボンの比抵抗は、０．１〜１Ωｃｍ程度と比較的大きい。このため、エラストマー等のバインダーに導電性カーボンを配合した導電材料を使用すると、電極等の電気抵抗が大きくなってしまうという問題があった。電極等の電気抵抗が大きいと、内部抵抗による発熱で、素子が劣化しやすくなる。また、高周波領域におけるリアクタンス成分の発生により、アクチュエータの応答性が低下するおそれがある。また、検出信号に対して内部抵抗が高すぎると、センサの分解能が低下するおそれがある。
【０００６】
この点、銀等の金属粉末の比抵抗は、０．００１Ωｃｍ以下と小さい。しかし、一般に、金属粉末は、導電性カーボンと比較して粒子径が大きい。また、凝集しにくいため、導通経路が形成されにくい。したがって、所望の導電性を得るためには、バインダーに金属粉末を高充填する必要がある。バインダーに金属粉末を高充填した導電材料は、弾性率が高く柔軟性に乏しい。このため、例えば、アクチュエータの電極に使用した場合には、誘電膜の伸縮に追従できず、誘電膜の動きを阻害しやすい。また、柔軟なセンサ、アクチュエータ等の電極や配線には、伸縮可能であることに加えて、伸張された際に、電気抵抗の変化が小さいことも求められる。しかし、バインダーに金属粉末を高充填した導電材料によると、伸張が大きい場合に、バインダーと金属粉末との界面に応力が集中し、クラックが発生してしまう。これにより、電極等の電気抵抗が著しく増加する。また、一旦クラックが発生すると、その周辺にさらに応力が集中しやすくなる。よって、伸張により電極等が破断するおそれがある。なお、バインダーと金属粉末との界面における応力集中を低減させる方法としては、金属粉末に表面処理を施して、バインダーとの密着性を向上させる方法が考えられる。しかし、表面処理により金属粉末同士の接触抵抗が大きくなり、結果として、電気抵抗の増加を招く。
【０００７】
一方、各種の配線板では、配線を保護膜で被覆することにより、マイグレーションを抑制して、隣り合う配線間の絶縁性を確保している。例えば、上記特許文献３によると、配線をカーボンで被覆している。また、上記特許文献４によると、配線を熱硬化性樹脂ペーストで被覆している。しかし、カーボンおよび熱硬化性樹脂のいずれの保護膜も、硬くて柔軟性に乏しい。したがって、伸縮可能な電極、配線には不適である。例えば、アクチュエータの電極を、熱硬化性樹脂製の保護膜で被覆した場合には、電極が誘電膜の伸縮に追従できず、誘電膜の動きを阻害するおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、伸縮可能であり、伸張時にも電気抵抗が増加しにくい導電膜を提供することを課題とする。また、そのような導電膜を用いることにより、柔軟なトランスデューサおよびフレキシブル配線板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記課題を解決するため、本発明の導電膜は、エラストマーと、該エラストマー中に充填されている導電材と、を有する導電層と、該導電層を被覆するように配置されているエラストマー製の保護層と、を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の導電膜を構成する導電層および保護層は、いずれもエラストマーを母材とする。したがって、本発明の導電膜は、柔軟であり、伸縮可能である。よって、基材や誘電膜等の変形に対する追従性に優れる。また、保護層は、導電層を被覆するように配置されている。保護層は導電層を保護し、補強する役割を果たす。すなわち、本発明の導電膜を伸張した場合、生じる応力は、保護層と導電層とに分散される。このため、導電層単独のものと比較して、伸張時におけるエラストマーと導電材との界面への応力集中を、低減させることができる。これにより、導電層の表面におけるクラックの発生が抑制される。したがって、本発明の導電膜は、伸張されても、電気抵抗が増加しにくい。また、破断するおそれも少ない。
【００１１】
（２）また、本発明のトランスデューサは、上記本発明の導電膜を、電極および配線の少なくとも一方として備えていることを特徴とする。
【００１２】
トランスデューサは、ある種類のエネルギーを他の種類のエネルギーに変換する装置である。トランスデューサには、例えば、電気エネルギーと機械エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ等が含まれる。本発明のトランスデューサによると、電極および配線の少なくとも一方（以下、適宜「電極等」と称す）が、上記本発明の導電膜からなる。よって、電極や配線が形成されている部材が変形した場合でも、電極等が変形に追従して伸縮する。このため、トランスデューサの動きが、電極等により妨げられにくい。また、伸張しても電極等の電気抵抗は増加しにくい。したがって、応答性が良好である。さらに、伸縮を繰り返した場合でも、電極等が破断するおそれは少ない。加えて、内部抵抗による発熱も少ないため、電極等は劣化しにくい。よって、本発明のトランスデューサは耐久性に優れる。
【００１３】
（３）また、本発明のフレキシブル配線板は、配線の少なくとも一部は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の導電膜からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明のフレキシブル配線板によると、基材の変形に追従して配線が伸縮する。配線が伸張しても、導電性の低下は少なく、伸縮を繰り返した場合でも、内部抵抗による発熱が少ない。よって、本発明のフレキシブル配線板は耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の導電膜の一例の断面模式図である。
【図２】本発明の導電膜の他の一例の断面模式図である。
【図３】本発明のトランスデューサの一実施形態である静電容量型センサの上面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本発明のトランスデューサの一実施形態であるアクチュエータの断面模式図であって、（ａ）はオフ状態、（ｂ）はオン状態を各々示す。
【図６】本発明のトランスデューサの一実施形態である発電トランスデューサの断面模式図であって、（ａ）は伸張時、（ｂ）は収縮時を各々示す。
【図７】本発明の一実施形態であるフレキシブル配線板の上面透過図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の導電膜、およびそれを備えたトランスデューサ、フレキシブル配線板の実施形態について順に説明する。
【００１７】
＜導電膜＞
本発明の導電膜は、導電層と保護層とを備えてなる。導電層は、エラストマーと、該エラストマー中に充填されている導電材と、を有する。本明細書において、「エラストマー」は、ゴムおよび熱可塑性エラストマーを含む。エラストマーの種類は、特に限定されるものではないが、常温下で柔軟であるという観点から、例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が−２０℃以下のものが好適である。このようなエラストマーとして、例えば、アクリルゴム、ウレタンゴム、ヒドリンゴム等が挙げられる。例えば、アクリルゴムとしては、炭素数４以上のアルキル基を有するアクリル酸エステルモノマー単位を５０ｍｏｌ％以上含むものが望ましい。アルキル基が大きい（炭素数が多い）と、結晶性が低下するため、アクリルゴムの弾性率がより低くなる。
【００１８】
また、エラストマーは、可塑剤、加工助剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、軟化剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。例えば、可塑剤を添加すると、エラストマーの加工性が向上すると共に、柔軟性をより向上させることができる。可塑剤としては、公知のフタル酸ジエステル等の有機酸誘導体、リン酸トリクレジル等のリン酸誘導体、アジピン酸ジエステル、塩素化パラフィン、ポリエーテルエステル等を使用すればよい。
【００１９】
導電材は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素材料や、銀、金、銅、ニッケル等の金属材料から適宜選択すればよい。例えば、比抵抗の小さい銀、金、銅から選ばれる一種以上の金属粉末を採用するとよい。また、銀粉末およびカーボンブラックを混合して使用してもよい。カーボンブラックは、エラストマーとの密着性が高い。また、凝集しやすいため、導通経路が形成されやすい。よって、銀粉末にカーボンブラックを混合すると、伸張時に銀粉末が離間した場合にも、カーボンブラックが銀粉末間の隙間に入り込み、導通経路が確保されやすい。よって、伸張時における電気抵抗の増加を抑制することができる。この場合、電気抵抗を小さくするという観点から、銀粉末の充填量を、導電材の全体を１００体積％とした場合の３０体積％以上とすることが望ましい。
【００２０】
導電材の充填量は、所望の導電性が得られるように決定すればよい。例えば、エラストマーの１００質量部に対して３００質量部以上１５００質量部以下とすることが望ましい。４００質量部以上１０００質量部以下とするとより好適である。
【００２１】
保護層は、エラストマー製であり、導電層を被覆するように配置されている。保護層は、導電層の表面の全部を被覆していてもよいが、例えば、導電層の一面のみ被覆している態様等、導電層の表面の一部を被覆していてもよい。
【００２２】
保護層を構成するエラストマーの種類は、特に限定されるものではない。上記導電層を構成するエラストマーと同じであっても、異なっていてもよい。例えば、柔軟なエラストマーとして、ポリウレタン、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリエーテルエステルから選ばれる一種以上が好適である。また、上記同様、エラストマーは、可塑剤、加工助剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、軟化剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。
【００２３】
また、エラストマーにカーボンブラックを配合して、保護層に所定の導電性を付与すると、マイグレーションの抑制に効果的である。例えば、隣接する配線間には、電位差が生じやすい。そこに、水分が介在すると、高電位側の配線（アノード）から金属成分が溶出して金属イオンを生成する。生成した金属イオンは、低電位側の配線（カソード）に向かって移動する。このような金属イオンの移動（マイグレーション）が発生すると、カソード側の配線に金属が析出して、配線間の絶縁性を維持することが難しくなる。本発明の導電膜を配線とした使用した場合、保護層にカーボンブラックを含有させて導電性を付与すると、導電層と保護層との間の電圧勾配がゆるやかになる。よって、金属イオンの移動を抑制することができる。
【００２４】
伸張による導電層の応力を緩和するため、保護層は、導電層よりも硬く、伸張されにくいことが望ましい。導電層、保護層の硬さは、各々の層を構成する材料の弾性率や、層の厚さに依存する。したがって、例えば、導電層の弾性率をＥｅ、断面積をＳｅとし、保護層の弾性率をＥｃ、断面積をＳｃとした場合に、次式（Ｉ）を満たすことが望ましい。
ＥｅＳｅ／ＥｃＳｃ＜１ ・・・（Ｉ）
ここで、導電層、保護層の「断面積」とは、各層を伸縮方向に対して垂直に切断した時の断面の面積を意味する。以下、各層の「断面積」について、本発明の導電膜の断面模式図を用いて、具体的に説明する。
【００２５】
図１に、本発明の導電膜の一例の断面模式図を示す。なお、図１は、導電層、保護層の断面積を説明するための模式図であり、導電層に対する保護層の配置や、各々の層の厚さ等について、本発明の導電膜を何ら限定するものではない。
【００２６】
図１に示すように、導電膜１００は、導電層１０１と保護層１０２とを備えている。導電膜１００は、紙面手前−奥側方向に延びる帯状を呈している。導電層１０１の上面、下面、左右側面は、全て保護層１０２により被覆されている。導電膜１００は、紙面手前−奥側方向に伸縮する。よって、導電層１０１の断面積は、導電膜１００の伸縮方向に対して垂直方向の断面積Ｓｅで示される。また、保護層１０２の断面積は、導電膜１００の伸縮方向に対して垂直方向の断面積Ｓｃで示される。
【００２７】
本発明の導電膜は、用途に応じて、基材や誘電膜等の表面に形成することができる。基材としては、例えばポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等からなる屈曲性を有する樹脂フィルムや、エラストマーシート等が挙げられる。本発明の導電膜を、引張り、曲げ等の弾性変形可能な弾性部材の表面に形成した場合には、柔軟性が高く、伸張時にも電気抵抗が増加しにくいという効果を、より発揮させることができる。ここで、弾性部材には、アクチュエータ等における誘電膜が含まれる。薄膜状の弾性部材は、例えば、弾性部材を形成するための塗料を、離型性を有する基材上に塗工した後、所望の形状に切り取って剥離することにより、製造することができる。
【００２８】
本発明の導電膜を弾性部材の表面に形成した場合、導電層の一面は弾性部材と接触し、導電層の他面は保護層により被覆されている態様が望ましい。本態様によると、導電層の一面と接触している弾性部材が、保護層と同じような役割を果たす。この場合、導電層の弾性率をＥｅ、断面積をＳｅ、保護層の弾性率をＥｃ、断面積をＳｃ、弾性部材の弾性率をＥｓ、導電膜の形成部分における弾性部材の断面積をＳｓとした場合に、次式（ＩＩ）を満たすことが望ましい。さらには、次式（ＩＩＩ）を満たすことが望ましい。
ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）＜１．２ ・・・（ＩＩ）
ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）＜１ ・・・（ＩＩＩ）
ここで、導電層、保護層、弾性部材の「断面積」とは、上記同様、各々を伸縮方向に対して垂直に切断した時の断面の面積を意味する。以下、各々の「断面積」について、本態様の導電膜の断面模式図を用いて、具体的に説明する。
【００２９】
図２に、本態様の導電膜の一例の断面模式図を示す。なお、図２は、導電層、保護層、弾性部材の断面積を説明するための模式図であり、導電層に対する保護層の配置や、導電層、保護層、弾性部材の厚さ等について、本発明の導電膜を何ら限定するものではない。
【００３０】
図２に示すように、導電膜１００は、弾性部材１０３の上面に形成されている。導電膜１００は、紙面手前−奥側方向に延びる帯状を呈している。導電膜１００は、導電層１０１と保護層１０２とを備えている。導電層１０１の上面、左右側面は、保護層１０２により被覆されている。導電層１０１の下面および保護層１０２の下面は、弾性部材１０３と接触している。導電膜１００は、紙面手前−奥側方向に伸縮する。よって、導電層１０１の断面積は、導電膜１００の伸縮方向に対して垂直方向の断面積Ｓｅで示される。また、保護層１０２の断面積は、導電膜１００の伸縮方向に対して垂直方向の断面積Ｓｃ（下方に開口したＣ字状）で示される。また、弾性部材１０３の断面積は、導電膜１００の伸縮方向に対して垂直方向の断面積のうち、導電膜１００の形成部分に対応する部分Ｓｓで示される（図２中、一点鎖線のハッチングで示す）。すなわち、弾性部材１０３の断面積Ｓｓは、弾性部材１０３における導電膜１００との接触界面と、厚さ（導電膜１００および弾性部材１０３の積層方向長さ）と、で囲まれた領域となる。
【００３１】
本発明の導電膜は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、導電層、保護層を各々形成するための塗料を調製する。例えば、導電層用塗料は、エラストマー分のポリマーを、所定の添加剤と共に溶剤に溶解した溶液に、導電材を添加して、攪拌、混合すればよい。次に、調製した導電層用塗料を基材等に塗布し、加熱により乾燥させる。次に、形成された導電層の表面を被覆するように、保護層用塗料を塗布し、加熱により乾燥させる。この場合、塗料の加熱乾燥時に、エラストマー分の架橋反応を進行させてもよい。
【００３２】
ここで、塗料の塗布方法は、既に公知の種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等の印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。印刷法の中でも、高粘度の導電塗料が使用でき、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。
【００３３】
また、エラストマー分のポリマー（適宜添加剤を含む）と導電材とを、ニーダー、バンバリーミキサー等の加圧式混練機、二本ロール等により混練してなるエラストマー組成物を、金型成形や押出成形することにより、導電層を製造してもよい。この場合、製造した導電層の表面を、保護層により適宜被覆して、導電膜とすればよい。
【００３４】
本発明の導電膜は、トランスデューサの電極や配線、フレキシブル配線板の配線等に好適である。以下、まず、本発明の導電膜を備えたトランスデューサの例として、エラストマーセンサ、アクチュエータ、および発電トランスデューサの実施形態を説明し、次に、フレキシブル配線板の実施形態を説明する。なお、本発明のトランスデューサおよびフレキシブル配線板においても、上述した本発明の導電膜の好適な態様を採用することが望ましい。
【００３５】
＜エラストマーセンサ＞
本発明の導電膜を電極および配線に使用したエラストマーセンサの一例として、静電容量型センサの実施形態を説明する。まず、本実施形態の静電容量型センサの構成について説明する。図３に、静電容量型センサの上面図を示す。図４に、図３のＩＶ−ＩＶ断面図を示す。図３、図４に示すように、静電容量型センサ１は、誘電膜１０と一対の電極１１ａ、１１ｂと配線１２ａ、１２ｂとを備えている。
【００３６】
誘電膜１０は、ウレタンゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。誘電膜１０の厚さは、約３００μｍである。
【００３７】
電極１１ａは、長方形状を呈している。電極１１ａは、誘電膜１０の上面に三つ形成されている。同様に、電極１１ｂは、長方形状を呈している。電極１１ｂは、誘電膜１０を挟んで電極１１ａと対向するように、誘電膜１０の下面に三つ形成されている。このように、誘電膜１０を挟んで、電極１１ａ、１１ｂが三対配置されている。電極１１ａ、１１ｂは、本発明の導電膜からなる。
【００３８】
すなわち、電極１１ａは、導電層１１０ａと保護層１１１ａとからなる。導電層１１０ａの上面および左右側面は、保護層１１１ａにより被覆されている。導電層１１０ａの下面および保護層１１１ａの下面は、誘電膜１０と接触している。同様に、電極１１ｂは、導電層１１０ｂと保護層１１１ｂとからなる。導電層１１０ｂの下面および左右側面は、保護層１１１ｂより被覆されている。導電層１１０ｂの上面および保護層１１１ｂの上面は、誘電膜１０と接触している。
【００３９】
配線１２ａは、誘電膜１０の上面に形成された電極１１ａの一つ一つに、それぞれ接続されている。配線１２ａにより、電極１１ａとコネクタ１４とが結線されている。配線１２ａは、誘電膜１０の上面に形成されている。同様に、配線１２ｂは、誘電膜１０の下面に形成された電極１１ｂの一つ一つに、それぞれ接続されている（図３中、点線で示す）。配線１２ｂにより、電極１１ｂとコネクタ（図略）とが結線されている。配線１２ｂは、誘電膜１０の下面に形成されている。配線１２ａ、１２ｂは、本発明の導電膜からなる。
【００４０】
すなわち、配線１２ａは、導電層１２０ａと保護層１２１ａとからなる。導電層１２０ａの上面および左右側面は、保護層１２１ａにより被覆されている。導電層１２０ａの下面および保護層１２１ａの下面は、誘電膜１０と接触している。なお、図示しないが、配線１２ｂも、配線１２ａと同様の構成を有する。
【００４１】
次に、静電容量型センサ１の動きについて説明する。例えば、静電容量型センサ１が上方から押圧されると、誘電膜１０および電極１１ａは一体となって、下方に湾曲する。圧縮により、誘電膜１０の厚さは小さくなる。その結果、電極１１ａ、１１ｂ間のキャパシタンスは大きくなる。このキャパシタンス変化により、圧縮による変形が検出される。
【００４２】
次に、本実施形態の静電容量型センサ１の作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型センサ１によると、誘電膜１０、電極１１ａ、１１ｂ、配線１２ａ、１２ｂは、いずれもエラストマー材料からなる。このため、静電容量型センサ１の全体が柔軟であり、伸縮可能である。また、電極１１ａ、１１ｂは伸縮可能であるため、誘電膜１０の変形に追従して変形することができる。さらに、電極１１ａ、１１ｂおよび配線１２ａ、１２ｂは、伸張されても電気抵抗の増加が小さい。このため、静電容量型センサ１の応答性は良好である。なお、本実施形態の静電容量型センサ１には、誘電膜１０を狭んで対向する電極１１ａ、１１ｂが、三対形成されている。しかし、電極の数、大きさ、配置等は、用途に応じて、適宜決定すればよい。
【００４３】
＜アクチュエータ＞
本発明の導電膜を電極に使用したアクチュエータの実施形態を説明する。図５に、本実施形態のアクチュエータの断面模式図を示す。（ａ）はオフ状態、（ｂ）はオン状態を各々示す。図５に示すように、アクチュエータ２は、誘電膜２０と電極２１ａ、２１ｂとを備えている。誘電膜２０は、ウレタンゴム製である。電極２１ａ、２１ｂは、誘電膜２０の表裏に、それぞれ配置されている。電極２１ａ、２１ｂは、配線を介して電源２２に接続されている。オフ状態からオン状態に切り替える際は、一対の電極２１ａ、２１ｂ間に電圧を印加する。電圧の印加により、誘電膜２０の膜厚は薄くなる。その分だけ、誘電膜２０は、図５（ｂ）中白抜き矢印で示すように、電極２１ａ、２１ｂ面に対して平行方向に伸張する。これにより、アクチュエータ２は、図５中横および上下方向の駆動力を出力する。
【００４４】
ここで、電極２１ａ、２１ｂは、本発明の導電膜からなる。電極２１ａ、２１ｂは伸縮可能であるため、誘電膜２０の変形に追従して変形することができる。すなわち、誘電膜２０の動きが電極２１ａ、２１ｂにより妨げられにくいため、より大きな変位量を得ることができる。さらに、電極２１ａ、２１ｂは、伸張されても電気抵抗の増加が小さい。また、内部抵抗による発熱が少ないため、電極２１ａ、２１ｂは、劣化しにくい。すなわち、アクチュエータ２は耐久性に優れる。なお、複数の誘電膜と電極とを交互に積層させた積層構造とすると、より大きな力を発生させることができる。これにより、アクチュエータの出力が大きくなり、駆動対象部材をより大きな力で駆動させることができる。
【００４５】
＜発電トランスデューサ＞
本発明の導電膜を電極に使用した発電トランスデューサの実施形態を説明する。図６に、本実施形態における発電トランスデューサの断面模式図を示す。（ａ）は伸張時、（ｂ）は収縮時を各々示す。図６に示すように、発電トランスデューサ３は、誘電膜３０と電極３１ａ、３１ｂとを備えている。誘電膜３０は、ウレタンゴム製である。電極３１ａ、３１ｂは、誘電膜３０の表裏に、それぞれ固定されている。電極３１ａ、３１ｂには、導線が接続されており、電極３１ｂは、接地されている。
【００４６】
図６（ａ）に示すように、発電トランスデューサ３を圧縮し、誘電膜３０を電極３１ａ、３１ｂ面に対して平行方向に伸張すると、誘電膜３０の膜厚は薄くなり、電極３１ａ、３１ｂ間に電荷が蓄えられる。その後、圧縮力を除去すると、図６（ｂ）に示すように、誘電膜３０の弾性復元力により誘電膜３０は収縮し、膜厚が厚くなる。その際、電荷が放出され発電される。
【００４７】
ここで、電極３１ａ、３１ｂは、本発明の導電膜からなる。すなわち、電極３１ａ、３１ｂは伸縮可能である。このため、誘電膜３０の動きが、電極３１ａ、３１ｂにより妨げられにくい。また、電極３１ａ、３１ｂにおいて、伸張時の導電性の低下は少なく、繰り返し変形した場合でも、内部抵抗による発熱が少ない。よって、トランスデューサ３は耐久性に優れる。
【００４８】
＜フレキシブル配線板＞
本発明の導電膜を配線に使用したフレキシブル配線板の実施形態を説明する。図７に、本実施形態のフレキシブル配線板の上面透過図を示す。なお、図７中、裏側の配線については細線で示す。図７に示すように、フレキシブル配線板４は、基材４０と、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと、表側配線０１ｘ〜１６ｘと、裏側配線０１ｙ〜１６ｙと、表側配線用コネクタ４１と、裏側配線用コネクタ４２と、を備えている。
【００４９】
基材４０は、ウレタンゴム製であって、シート状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、基材４０の上面に、合計１６本配置されている。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、帯状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、Ｘ方向（左右方向）に延在している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、Ｙ方向（前後方向）に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘの左端には、各々、表側接続部０１Ｘ１〜１６Ｘ１が配置されている。同様に、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、基材４０の下面に、合計１６本配置されている。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、帯状を呈している。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、Ｙ方向に延在している。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、Ｘ方向に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの前端には、各々、裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１が配置されている。図７にハッチングで示すように、基材４０を挟んで、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１とが交差する部分（重複する部分）により、荷重等を検出する検出部が形成されている。
【００５０】
表側配線０１ｘ〜１６ｘは、基材４０の上面に、合計１６本配置されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、線状を呈している。表側配線用コネクタ４１は、基材４０の左後隅に配置されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、表側接続部０１Ｘ１〜１６Ｘ１と、表側配線用コネクタ４１と、を接続している。また、基材４０の上面、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、表側配線０１ｘ〜１６ｘは、上方から、表側カバーフィルム（図略）により覆われている。
【００５１】
裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、基材４０の下面に、合計１６本配置されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、線状を呈している。裏側配線用コネクタ４２は、基材４０の左前隅に配置されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１と、裏側配線用コネクタ４２と、を接続している。また、基材４０の下面、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、下方から、裏側カバーフィルム（図略）により覆われている。
【００５２】
表側配線用コネクタ４１、裏側配線用コネクタ４２には、各々、演算部（図略）が電気的に接続されている。演算部には、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙから、検出部におけるインピーダンスが入力される。これに基づいて、面圧分布が測定される。
【００５３】
ここで、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、本発明の導電膜からなる。すなわち、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、伸縮可能である。このため、基材４０の変形に追従して変形することができる。また、表側配線０１ｘ〜１６ｘおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙにおいて、伸張時の導電性の低下は少なく、繰り返し変形した場合でも、内部抵抗による発熱が少ない。よって、フレキシブル配線板４は耐久性に優れる。
【実施例】
【００５４】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５５】
＜導電膜の製造＞
［実施例１］
まず、基材の表面に導電層を形成した。基材には、厚さ０．１ｍｍのウレタンゴムシート（弾性部材）を使用した。アクリルゴムポリマー（日本ゼオン（株）製「ニポール（登録商標）ＡＲ４２Ｗ」）１００質量部と、加工助剤のステアリン酸（花王社製「ルナック（登録商標）Ｓ３０」）１質量部と、加硫促進剤のジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（大内新興化学社製「ノクセラー（登録商標）ＰＺ」）２．５質量部、およびジメチルジチオカルバミン酸第二鉄（大内新興化学社製「ノクセラーＴＴＦＥ」）０．５質量部と、をロール練り機にて混合し、エラストマー組成物を調製した。続いて、調製したエラストマー組成物を、溶剤のエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート３１２質量部に溶解させ、エラストマー溶液を調製した。このエラストマー溶液に、導電材の銀粉末Ａ（銀被覆ガラスビーズ、ポッターズ・バロティーニ（株）製「ＥＳ６０００−Ｓ７」）を７２０質量部添加し、三本ロールにて混練りして導電層用塗料を得た。この導電層用塗料を、基材の表面にバーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、導電層を形成した。導電層は、幅１０ｍｍ、長さ２５ｍｍ、厚さ３０〜５０μｍとなるよう形成した（以下の実施例、比較例についても同じ）。
【００５６】
次に、導電層の上面および左右側面を被覆するように、保護層を形成した。導電層を形成したのと同じエラストマー溶液を、保護層用塗料とした。この保護層用塗料を、導電層を覆うようにバーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、保護層を形成した。このようにして得られた導電膜を、実施例１とした。
【００５７】
後出の表１に、導電層、保護層、および基材の弾性率、断面積を示す。また、上記式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の左辺［ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）］の値も併せて示す。各々の弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７１２７（１９９９）に準じた引張試験により算出した。試験片の形状は、試験片タイプ２とした（以下の実施例、比較例についても同じ）。
【００５８】
［実施例２］
導電層における導電材の種類と、保護層のエラストマーの種類以外は、上記実施例１と同様にして、導電膜を製造した。すなわち、導電材として、銀粉末Ｂ（ＤＯＷＡエレクトロニクス（株）製、商品「ＦＡ−Ｄ−４」）、および銀粉末Ｃ（同社製、商品「ＡＧ２−１Ｃ」）を使用した。また、保護層には、ウレタンゴムを使用した。すなわち、ウレタンゴムポリマー（日本ポリウレタン工業（株）製「ニッポラン（登録商標）５２３０」）１００質量部を、溶剤のブチルカルビトール１５０質量部に溶解させて、保護層用塗料を調製した。この保護層用塗料を、導電層を覆うようにバーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、保護層を形成した。得られた導電膜を、実施例２とした。
【００５９】
［実施例３］
導電層および保護層のエラストマーの種類以外は、上記実施例１と同様にして、導電膜を製造した。すなわち、導電層および保護層に、ウレタンゴムを使用した。まず、実施例２の保護層に使用したのと同じウレタンゴムポリマー１００質量部に、銀粉末Ａ７２０質量部を添加した。続いて、溶剤のブチルカルビトール１５０質量部を添加、攪拌して導電層用塗料を得た。この導電層用塗料を、基材の表面にバーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、導電層を形成した。次に、導電層と同じウレタンゴムポリマーを使用して、実施例２と同様にして保護層を形成した。得られた導電膜を、実施例３とした。
【００６０】
［実施例４］
基材（弾性部材）を有しない点と、導電層における導電材の種類以外は、上記実施例２と同様にして、導電膜を製造した。まず、実施例１、２の導電層に使用したエラストマー溶液に、導電材のカーボンブラック（ライオン（株）製「ケッチェンブラック（登録商標）ＥＣ−６００ＪＤ」）を２０質量部添加し、三本ロールにて混練りして導電層用塗料を得た。この導電層用塗料を、離型処理を施したＰＥＴ製の基材の表面に、バーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、導電層を形成した。次に、実施例２の保護層に使用した保護層用塗料を使用して、実施例２と同様に、保護層を形成した。このようにして得られた導電膜を、基材から剥離して、実施例４とした。
【００６１】
［比較例１］
保護層を形成しない点以外は、上記実施例１と同様にして、導電膜を製造した。つまり、形成された導電膜は、導電層のみからなる。得られた導電膜を、比較例１とした。
【００６２】
［比較例２］
保護層のエラストマーの種類以外は、上記実施例２と同様にして、導電膜を製造した。すなわち、保護層には、実施例１の保護層と同じアクリルゴムを使用した。得られた導電膜を、比較例２とした。
【００６３】
［比較例３］
保護層を形成しない点以外は、上記実施例２と同様にして、導電膜を製造した。つまり、形成された導電膜は、導電層のみからなる。得られた導電膜を、比較例３とした。
【００６４】
［比較例４］
保護層を形成しない点以外は、上記実施例４と同様にして、導電膜を製造した。つまり、形成された導電膜は、導電層のみからなり、基材（弾性部材）を有しない。得られた導電膜を、比較例４とした。
【００６５】
＜評価方法＞
製造した導電膜について、伸張率を変化させた際の体積抵抗率、耐久性、およびマイグレーションを評価した。以下、各々の評価方法について説明する。
【００６６】
［体積抵抗率］
導電膜の体積抵抗率を、ＪＩＳ Ｋ６２７１（２００８）に準じて測定した。初期（伸張前）の電極間距離は、１０ｍｍとした。体積抵抗率の測定は、伸張率を０％（伸張なし）〜５００％まで変化させて行った。ここで、伸張率は、次式（ＩＶ）により算出した値である（以下の伸張率についても同様）。
伸張率（％）＝（ΔＬ０／Ｌ０）×１００・・・（ＩＶ）
［Ｌ０：試験片の標線間距離、ΔＬ０：試験片の標線間距離の伸張による増加分］
［耐久性］
製造した導電膜を、基材と共に試験片として耐久試験を行った。まず、試験片の両端を、一対のジグで挟持した。次に、ジグの一方を固定し、他方を５０ｍｍ／分の速度で往復動させることにより、試験片を伸縮させた。試験片の最大伸張率を５０％とし、ジグを１００回往復させた。耐久試験の後、導電膜の体積抵抗率を上記同様にして測定した。そして、体積抵抗率が０．０１Ωｃｍ以下の場合を良（後出の表１中○印）、０．０１Ωｃｍを超え１０Ωｃｍ以下の場合をやや不良（同表１中△印）、１０Ωｃｍを超えた場合を不良（同表１中×印）とした。
【００６７】
［マイグレーション］
上記実施例および比較例の導電膜と同じ組成の導電膜について、マイグレーション試験を行った。まず、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の基材の表面に、幅約１ｍｍ、長さ約１５ｍｍの一対の導電膜を、間隔約０．５ｍｍで隣接するよう形成した。次に、導電膜間に、イオン交換水３０μｌを滴下して、互いの導電膜に水滴が接触するようにした。このような状態で、導電膜間に、直流１０Ｖの電圧を３００秒間印加した。その後、両導電膜を顕微鏡で観察し、導電膜に銀の析出が認められなかった場合を良（後出の表１中○印）、銀の析出が認められた場合を不良（同表１中×印）とした。
【００６８】
＜評価結果＞
実施例および比較例の導電膜の評価結果を、各層の組成、弾性率、断面積等と共に、表１に示す。
【表１】
【００６９】
表１に示すように、実施例１〜４の導電膜については、伸張率が増加しても、つまり、大きく伸張させても、体積抵抗率の増加が小さかった。これに対して、保護層のない比較例１、３、４の導電膜については、伸張率の増加と共に、体積抵抗率が大きくなった。つまり、伸張により、導電性が低下した。また、比較例２の導電膜は、保護層を備えているが、上記式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の左辺［ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）］の値が１．２６と大きい。このため、伸張率が２００％以上になると、体積抵抗率が大きくなった。
【００７０】
また、実施例１〜４の導電膜は、耐久性に優れていた。すなわち、伸縮を繰り返しても、電気抵抗の増加が小さかった。さらに、マイグレーションも抑制されることが確認された。これに対して、保護層のない比較例１、３、４の導電膜の耐久性は低かった。また、比較例１、３の導電膜については、マイグレーションにより、銀の析出が認められた。
【００７１】
以上より、本発明の導電膜は、柔軟で導電性が高く、伸張時にも電気抵抗が増加しにくいことが確認された。また、伸縮を繰り返しても電気抵抗の変化が小さく、耐久性に優れることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
柔軟なアクチュエータは、例えば、産業、医療、福祉ロボット用の人工筋肉、電子部品冷却用や医療用等の小型ポンプ、医療用器具等に用いられる。本発明の導電膜は、このような柔軟なアクチュエータの電極、配線等に好適である。また、静電容量型センサ等のエラストマーセンサの電極、配線等にも好適である。さらには、発電トランスデューサの他、発光、発熱、発色等を行う柔軟なトランスデューサの電極、配線等にも好適である。また、本発明の導電膜は、ウェアラブルデバイス等に使用されるフレキシブル配線板等にも有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１：静電容量型センサ（エラストマーセンサ） １０：誘電膜 １１ａ、１１ｂ：電極
１２ａ、１２ｂ：配線 １４：コネクタ
１１０ａ、１１０ｂ：導電層 １１１ａ、１１１ｂ：保護層
１２０ａ：導電層 １２１ａ：保護層
２：アクチュエータ ２０：誘電膜 ２１ａ、２１ｂ：電極 ２２：電源
３：発電トランスデューサ ３０：誘電膜 ３１ａ、３１ｂ：電極
４：フレキシブル配線板
４０：基材 ４１：表側配線用コネクタ ４２：裏側配線用コネクタ
０１Ｘ〜１６Ｘ：表側電極 ０１Ｘ１〜１６Ｘ１：表側接続部
０１Ｙ〜１６Ｙ：裏側電極 ０１Ｙ１〜１６Ｙ１：裏側接続部
０１ｘ〜１６ｘ：表側配線 ０１ｙ〜１６ｙ：裏側配線
１００：導電膜 １０１：導電層 １０２：保護層 １０３：弾性部材
Ｓｅ：導電層の断面積 Ｓｃ：保護層の断面積
Ｓｓ：導電膜の形成部分における弾性部材の断面積
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーと、該エラストマー中に充填されている導電材と、を有する導電層と、
該導電層を被覆するように配置されているエラストマー製の保護層と、
を備えてなることを特徴とする導電膜。
【請求項２】
前記導電層および前記保護層の各々の弾性率と断面積とが、次式（Ｉ）を満たす請求項１に記載の導電膜。
ＥｅＳｅ／ＥｃＳｃ＜１ ・・・（Ｉ）
［Ｅｅ：導電層の弾性率、Ｓｅ：導電層の断面積、Ｅｃ：保護層の弾性率、Ｓｃ：保護層の断面積］
【請求項３】
弾性部材の表面に形成されている請求項１に記載の導電膜。
【請求項４】
前記導電層の一面は、前記弾性部材と接触し、
該導電層の他面は、前記保護層により被覆されている請求項３に記載の導電膜。
【請求項５】
前記導電層、前記保護層、および前記弾性部材の各々の弾性率と断面積とが、次式（ＩＩ）を満たす請求項３または請求項４に記載の導電膜。
ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）＜１．２ ・・・（ＩＩ）
［Ｅｅ：導電層の弾性率、Ｓｅ：導電層の断面積、Ｅｃ：保護層の弾性率、Ｓｃ：保護層の断面積、Ｅｓ：弾性部材の弾性率、Ｓｓ：導電膜の形成部分における弾性部材の断面積］
【請求項６】
前記導電層、前記保護層、および前記弾性部材の各々の弾性率と断面積とが、次式（ＩＩＩ）を満たす請求項３または請求項４に記載の導電膜。
ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）＜１ ・・・（ＩＩＩ）
［Ｅｅ：導電層の弾性率、Ｓｅ：導電層の断面積、Ｅｃ：保護層の弾性率、Ｓｃ：保護層の断面積、Ｅｓ：弾性部材の弾性率、Ｓｓ：導電膜の形成部分における弾性部材の断面積］
【請求項７】
前記導電材は、銀、金、銅から選ばれる一種以上の金属粉末を含む請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の導電膜。
【請求項８】
前記導電材は、カーボンブラックを含む請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の導電膜。
【請求項９】
前記導電材は、銀粉末およびカーボンブラックを含み、
該銀粉末の充填量は、該導電材の全体を１００体積％とした場合の３０体積％以上である請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の導電膜。
【請求項１０】
前記保護層を構成する前記エラストマーは、ポリウレタン、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリエーテルエステルから選ばれる一種以上である請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の導電膜。
【請求項１１】
前記保護層を構成する前記エラストマーは、カーボンブラックを含む請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の導電膜。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の導電膜を、電極および配線の少なくとも一方として備えていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項１３】
エラストマーからなる誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、複数の該電極間への印加電圧に応じて該誘電膜が伸縮するアクチュエータである請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１４】
エラストマーからなる誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、複数の該電極間の静電容量変化に基づいて変形を検出するエラストマーセンサである請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１５】
配線の少なくとも一部は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の導電膜からなることを特徴とするフレキシブル配線板。
【請求項１】
エラストマーと、該エラストマー中に充填されている導電材と、を有する導電層と、
該導電層を被覆するように配置されているエラストマー製の保護層と、
を備えてなることを特徴とする導電膜。
【請求項２】
前記導電層および前記保護層の各々の弾性率と断面積とが、次式（Ｉ）を満たす請求項１に記載の導電膜。
ＥｅＳｅ／ＥｃＳｃ＜１ ・・・（Ｉ）
［Ｅｅ：導電層の弾性率、Ｓｅ：導電層の断面積、Ｅｃ：保護層の弾性率、Ｓｃ：保護層の断面積］
【請求項３】
弾性部材の表面に形成されている請求項１に記載の導電膜。
【請求項４】
前記導電層の一面は、前記弾性部材と接触し、
該導電層の他面は、前記保護層により被覆されている請求項３に記載の導電膜。
【請求項５】
前記導電層、前記保護層、および前記弾性部材の各々の弾性率と断面積とが、次式（ＩＩ）を満たす請求項３または請求項４に記載の導電膜。
ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）＜１．２ ・・・（ＩＩ）
［Ｅｅ：導電層の弾性率、Ｓｅ：導電層の断面積、Ｅｃ：保護層の弾性率、Ｓｃ：保護層の断面積、Ｅｓ：弾性部材の弾性率、Ｓｓ：導電膜の形成部分における弾性部材の断面積］
【請求項６】
前記導電層、前記保護層、および前記弾性部材の各々の弾性率と断面積とが、次式（ＩＩＩ）を満たす請求項３または請求項４に記載の導電膜。
ＥｅＳｅ／（ＥｃＳｃ＋ＥｓＳｓ）＜１ ・・・（ＩＩＩ）
［Ｅｅ：導電層の弾性率、Ｓｅ：導電層の断面積、Ｅｃ：保護層の弾性率、Ｓｃ：保護層の断面積、Ｅｓ：弾性部材の弾性率、Ｓｓ：導電膜の形成部分における弾性部材の断面積］
【請求項７】
前記導電材は、銀、金、銅から選ばれる一種以上の金属粉末を含む請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の導電膜。
【請求項８】
前記導電材は、カーボンブラックを含む請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の導電膜。
【請求項９】
前記導電材は、銀粉末およびカーボンブラックを含み、
該銀粉末の充填量は、該導電材の全体を１００体積％とした場合の３０体積％以上である請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の導電膜。
【請求項１０】
前記保護層を構成する前記エラストマーは、ポリウレタン、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリエーテルエステルから選ばれる一種以上である請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の導電膜。
【請求項１１】
前記保護層を構成する前記エラストマーは、カーボンブラックを含む請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の導電膜。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の導電膜を、電極および配線の少なくとも一方として備えていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項１３】
エラストマーからなる誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、複数の該電極間への印加電圧に応じて該誘電膜が伸縮するアクチュエータである請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１４】
エラストマーからなる誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、複数の該電極間の静電容量変化に基づいて変形を検出するエラストマーセンサである請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１５】
配線の少なくとも一部は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の導電膜からなることを特徴とするフレキシブル配線板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１５３８２１（Ｐ２０１０−１５３８２１Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１９９１（Ｐ２００９−２６１９９１）
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
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